【科學家小傳系列】 機械大師虎克與虎克定律

「虎克不只是彈簧定律的代言人,他還是顯微鏡界的手繪狂人、科學界的建築師,以及牛頓的死對頭。」

發布日期:2022/04/15

這篇文章重新描繪了羅伯特虎克的全貌——不只是物理課本裡的F=kx,而是一位在機械、建築、顯微鏡、化學等領域都留下足跡的科學家。從命名「細胞」到參與倫敦重建,再到與牛頓的爭執。虎克的人生像是一場跨領域的科學冒險。文章以自然口語的語氣,帶你認識這位被歷史低估的斜槓巨人。內容包含:

  • Hooke 的多重身分與早期養成:
    • 從繪畫學徒轉向物理與機械,展現高度創造力
    • 曾任牛津詩班工作,後成為波以耳的研究助手
  • 顯微鏡與生物學貢獻:
    • 改良顯微鏡並命名「cell」一詞
    • 出版《微物圖解》,手繪技術驚人,影響後世顯微鏡發展
  • 機械與建築設計:
    • 發明萬用接頭、設計風向儀與水平儀
    • 倫敦大火後協助城市重建,設計多座建築
  • 虎克定律的誕生:
    • 研究金屬彈性後提出「力與形變成正比」的概念
    • 成為物理課本裡的經典公式,但背後其實有更多故事
  • 與牛頓的爭執與影響:
    • 在光的本質與萬有引力定律推導上發生爭執
    • 爭執延伸至畫像銷毀與手稿爭奪
  • 教學延伸與反思:
    • 科學家也是人,爭功與情緒都在所難免
    • 教學時加入人性面,有助學生理解科學發展的複雜性
虎克的畫像

羅伯特·虎克(Robert Hooke,1635年7月18日-1703年3月3日),是英國的物理學家、發明家。學生們在求學時期對於虎克應該不陌生,一個是在物理課本上所學的虎克定律,另外一個則是利用顯微鏡觀察軟木塞細胞壁的虎克。

這兩位虎克其實都是指羅伯特‧虎克,而另一個在生物課本上看到,改良顯微鏡,觀察許多微生物的虎克則是列文虎克(Anton van Leeuwenhoek, 1632/10/24~1723/8/30),他們是不同人喔!但是可以確定的是列文虎克是羅伯特虎克撰寫的<微物圖解>的超級粉絲XD。

出身與啟蒙

虎克生於英國懷特島西端的佛雷希瓦特,虎克從小就展現了對於機械以及繪畫的高度創造力。

到了1648年虎克父親去世,虎克在在約翰霍斯金斯推薦下,成為肖像畫家彼得·雷利(Peter Lely)的學徒,而在當學徒的時候被約翰·威爾金斯(John Wilkins)和天文學家塞斯·沃德(Seth Ward)注意到虎克在機械製作上的創造力和技巧,因此引導他開始學習物理,天文,和醫藥化學(其實以前的人接受教育真的是沒有強制性,也沒有特定的限制的)。

在1653年虎克得到牛津大學教堂的唱詩班的工作。

成就

在牛津大學工作的時候,虎克剛好認識了化學家,羅伯特‧波以耳並且成為了波以耳的助手,虎克也在擔任波以耳助理的期間,協助波以耳提出有名的「波以耳定律(PV=k)」。

虎克在1665年時,根據英國皇家學會的資料,設計了一台顯微鏡並且觀察到了死掉植物的細胞壁,並且命名了「細胞(cell)」一詞,並且結合他的繪畫技巧出版了<微物圖解>以及<顯微術>,深深地影響了後來的顯微鏡工匠列文虎克。

當然,作為一個發明家,虎克在機械與建築都有許多的貢獻,在機械上虎克製造出了「萬用接頭」,甚至很多水平儀、風向儀的概念當年皆由虎克所提出的。

1676年虎克對金屬器件,特別是彈簧的彈性進行研究後,更提出了著名的「虎克定律(力與形變量成正比)」。後來在國中以及高中的課本中,就變成會讓學生題目難易度提升了一個檔次的彈簧問題XDD。

虎克在建築方面的成就,則是在1666年9月倫敦大火的時候,當時很多建築物都被燒毀,虎克在當時更是協助許多建築物重建的設計,好比現今的倫敦大火紀念碑以及格林威治天文臺。

與牛頓之間的過節

虎克最廣為人知的就是他與牛頓的爭執了,兩個人的爭議起因於光的本質。

1672年牛頓在皇家學會闡述自己的觀點,認為白光在三稜鏡的色散,是源自於不同顏色的粒子的混合與分開,而在當時這個理論則遭到了主張波動說的虎克的批評,牛頓因此氣噗噗並且要求虎克離開皇家學會。

然而牛頓與虎克的過節還不只如此,在1674年-1679年間兩人曾通信討論物體的圓周運動問題,虎克當時提出了平方反比力的概念,但是無法證明出克卜勒的結果。

隨後1684年1月虎克在和愛德蒙·哈雷及雷恩的談話中表示他已經完成克卜勒的推導,聽聞此事的兩人便告訴牛頓這件事情,而牛頓當時也宣稱自己已經完成推導,並同時加速出版相關的書籍。

書籍出版以後,當虎克看到牛頓的書過後,強烈懷疑牛頓剽竊自己的理論,更加深了兩個人的敵意。

而在虎克過世後,牛頓對於虎克的敵意並沒有減少,氣憤的牛頓當時要求皇家學會銷毀所有虎克的畫像,甚至還想要銷毀虎克的手稿(不過被阻止惹)。也是因為這樣,造成虎克流傳下來的畫像少之又少。

結語

其實從虎克跟牛頓的爭執,我們不難發現其實在學術界中競爭是非常激烈的。如果你不努力的話,你的發現很快就會被人家搶先了。研究了很久的內容,只要別人一搶先發表的話,就真的非常可惜。

也從這個故事裡面也難免會發現,科學家之間也會有「文人相輕」的現象,其實在科學的發展上面,從來沒有人能夠很有把握認為自己一定100%是正確的,所以還是謙虛一點的好,不然之後發現自己其實是錯的還大放厥詞很久,就有一點糗糗的了XD。

既然這篇都提到牛頓了,那我們下一篇就來聊一聊牛頓的故事好了,那我們下一篇科學家小傳文章見啦: D。

參考文獻

前人的足跡-虎克,URL: http://memo.cgu.edu.tw/yun-ju/cguweb/sciknow/phystory/Hooke.htm

維基百科-羅伯特·虎克,URL:http://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%BD%97%E4%BC%AF%E7%89%B9%C2%B7%E8%83%A1%E5%85%8B

FAQ

他是顯微鏡技術的推手、細胞命名者、建築設計師,也是物理與化學領域的跨領域科學家。

他研究彈性材料後提出「力與形變成正比」,也就是F=kx。

主要是光的理論與萬有引力定律的推導權,爭執甚至延伸到畫像銷毀。

非常適合,能幫助學生理解科學家的多面性與科學發展的歷程。

可以,文章語氣自然、比喻生活化,重點在故事與人物,不是公式推導。

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作者頭像
若芽🌱 / 馮馮
這篇文章是由若芽🌱所撰寫,若芽是一位跨領域的高效率學習者,致力於追求人生中可以把所有的技能樹全部點亮,夢想是希望可以了解這個世界的一切。目前擔任開辦移動型萬事屋,協助身邊的人解決各種疑難雜症與人生煩惱。
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